Chọn thiết bị truyền nhiệt vỏ - ống đặt nằm ngang, gồm 6 pass phía ống và 1 pass phía vỏ. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 16x2, 61 ống. Các thơng số của ống:
Đường kính ngồi: dn = 16 mm = 0,016 m Bề dày ống: = 2 mm = 0,002 m
Đường kính trong: dtr = 0,012 m
Hơi đốt là hơi nước ở 3 at, đi trong ống 16x2. Ta được các thơng số: Nhiệt hố hơi: rnước = rn = 2171,29 kJ/kg
Nhiệt độ sôi: tnước = tn = 132,7oC Dịng nhập liệu có nhiệt độ:
- Trước khi vào nồi đun (lỏng): 25oC
- Sau khi được đun (hơi): 82,06oC Suất lượng hơi nước cần dùng:
1 = − = 159,29 (kg/h) 0,95
Hiệu số nhiệt độ trung bình:
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:
̅̅̅ ∆ = ( ∆ Hệ số truyền nhiệt: = Trong đó:
: hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu (W/m2.K)
: hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (W/m2.K)
∑ : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu (m2.K/W)
55 | P a g e
Tính tốn tháp chưng cất mâm chóp
* Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
= 1− 2 (W/m2)
∑
Trong đó:
1: nhiệt độ của vách tiếp xúc với rượu (ngoài ống) và ∑ = + 2 = 2 mm: bề dày thành ống
= 17,5 (W/m.oK): hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ (ST3_Bảng 28/28)
r = 1/5000 (m2.oK/W): Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống (ST2_V.1/4) Suy ra: ∑ = 5,14.10-4 (m2.oK/W). Vậy qt = 1944,44 ( 1 − 2) (*)
* Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống:
Tại nhiệt độ sơi trung bình của dòng nhập liệu: tFtb = 53,53oC
- Khối lượng riêng hỗn hợp: { ℎ = 761,82 / 3
ướ = 985,91 / 3 1 ℎℎ →ℎℎ = 905,96 kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt: 3 905,96 = 3,58. 10−8. 3748,87.905,96. √ 20,72 = 0,428 / Độ nhớt của hỗn hợp: { ℎ = 0,38. 10−3N. s/ 2 ướ = 0,52. 10−3 N. s/ 2 →µℎℎ = . µ ℎ + (1 − ). µ ướ →µℎℎ = 0,194. (0,38. 10−3) + (1 − 0,194). ( 0,52. 10−3) →µℎℎ = 0,489. 10−3 . / 2 Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: {
→ =
ℎℎ ℎ
Áp dụng công thức ST2_V.35/12, ta được: = . = 3748,87.0,489. 10−3 = 4,283
0,428
Vận tốc dòng nhập liệu đi trong ống:
=
56 | P a g e
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com
Chuẩn số Reynolds:
→Chế độ chảy rối, chuẩn số Nusselt được tính theo cơng thức:
* Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước đi phía vỏ:
= 0,725. 4√
Hệ số cấp nhiệt ngồi thành ống có bị ảnh hưởng bởi sự sắp xếp ống. Bố trí ống theo hình lục giác với 61 ống → số đường chéo của đường 6 cạnh là 9 ống. Tra (ST2_Hình V.20/30), ta có = 0,85.
Khi đó: = .
Dùng phép lặp, chọn tF1 = 120,16oC
Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ: tm = 126,43oC
Tại nhiệt độ này: =937,76 kg/m3; = 0,225.10-3 N.s/m2; = 0,686 W/m.K
= 12405,62 W/m2.K → qn = . .(tn – tF1) = 132231,5 W/m2 → qt = qn =132231,5 W/m2 2 = 1 − . ∑ = 52,19 oC. Tại nhiệt độ này:
- Khối lượng riêng hỗn hợp: {
1 = ℎℎ →ℎℎ = 906,83 kg/m3 - Hệ số dẫn nhiệt: 3 906,83 = 3,58. 10−8. 3746,36.906,83. √ 20,72 = 0,429 / Độ nhớt của hỗn hợp: { ℎ = 0,386. 10−3N. s/ 2 ướ = 0,531. 10−3 N. s/ 2 →µℎℎ = . µ ℎ + (1 − ). µ ướ →µℎℎ = 0,194. (0,386. 10−3) + (1 − 0,194). ( 0,531. 10−3) →µℎℎ = 0,5. 10−3 . / 2 Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: {
→ =
ℎℎ ℎ
57 | P a g e
Tính tốn tháp chưng cất mâm chóp Áp dụng cơng thức ST2_V.35/12, ta được = . = 4,37 →NuF = 230,28 → = → = . ( 2 − 25) = 4704,29. (52,19 − 25) = 127909,65 W/m2
Kiểm tra sai số: = | − | . 100% = 3,38% < 5% (thoả)
Vậy tF1 = 120,16oC và tF2 = 52,19oC
Khi đó: = 2704,29 (W/m2.oC) và = 10405,62 (W/m
=
Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Chiều dài mỗi ống: = . .( + )/2 = 1,01 ( ) →Vậy chọn L = 1,5 (m).
Với cách bố trí ống trên vỉ theo hình lục giác, số ống truyền nhiệt cần thiết là 61 ống, trong đó số ống trên đường chéo hình lục giác b = 9, số hình lục giác đồng tâm là 4 hình. Chọn bước ngang giữa hai ống: t = 1,25.dng = 1,25.0,016 = 0,02 (m).
Đường kính trong của vỏ thiết bị: Dtr = t.(b-1) + 4.dng = 0,224 (m).
Vậy chọn chiều dài ống L = 1,5 m, đường kính vỏ tiêu chuẩn Dtr = 0,3 m Kiểm tra lại tỉ số L/Dtr:
=